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1、第四节第四节 零件的磨损失效零件的磨损失效l粘着磨损粘着磨损l磨粒磨损磨粒磨损l疲劳磨损疲劳磨损产生过程、机理以及防止措施产生过程、机理以及防止措施相互接触的零件间会发生摩擦，在摩擦过程中零件表面发生的尺寸变化和物质耗损现象称为磨损。一、磨损的基本类型粘着磨损磨粒磨损腐蚀磨损麻点磨损（接触疲劳）（一）粘着磨损（咬合磨损）在在滑滑动动摩摩擦擦条条件件下下，摩摩擦擦幅幅的的接接触触面面发发生生金金属属粘粘着着，在在随随后后的的相相对对滑滑动动中中粘粘着着处处被被破破坏坏，有有金金属属屑屑粒粒被被拉拉拽拽下下来来或或者者是是金金属属表表面面被被擦擦伤的一种磨损形式。伤的一种磨损形式。局部粘着局部粘着
2、（冷焊）（冷焊）粘着处粘着处被撕掉被撕掉金属表面被划伤或金属表面被划伤或者金属屑粒脱落者金属屑粒脱落局部接触局部接触接接触触面面积积小小应力大应力大润润滑滑油油膜膜、氧氧化膜被挤破化膜被挤破特点特点在滑动摩擦条件上产生；在滑动摩擦条件上产生；摩摩擦擦副副的的两两种种金金属属力力学学性性能能相相差不大；差不大；磨磨损损速速度度大大，1015m/h，破破坏严重。坏严重。防止措施防止措施合合理理选选材材，摩摩擦擦幅幅配配对对材材料料选选用硬度差较大的异类材料用硬度差较大的异类材料；提高表面硬度；提高表面硬度；合理设计减小接触压应力；合理设计减小接触压应力；减小表面粗糙度。减小表面粗糙度。（二）磨粒磨
3、损（磨粒磨损（磨料磨损）磨料磨损）在在滑滑动动摩摩擦擦时时零零件件表表面面存存在在硬硬质质磨磨粒粒，使使磨磨面面发发生生局局部部塑塑性性变变形形，磨磨粒粒嵌嵌入入、切切割割金金属属表表面面从从而而导导致致零零件件表表面面逐逐渐渐损损耗耗的的一一种磨损。种磨损。金金 属属 表表 面面发发 生生 局局 部部塑性变形塑性变形磨磨粒粒嵌嵌入入金金属属表表面面，切切割割金金属表面属表面表面被划伤表面被划伤特点特点提高表面硬度（从选材方面）；提高表面硬度（从选材方面）；减少磨粒数量（从工作状况方面）减少磨粒数量（从工作状况方面）。防止措施防止措施普遍存在于机件中；普遍存在于机件中；磨损速度较大，磨损速度较
4、大，0.55 m/h（三）腐蚀磨损在摩擦力和介质联合作用下，金属表层的腐蚀产物剥落与金属磨面间的机械磨损（粘着磨损和磨粒磨损）合的一种磨损。l氧化磨损l微动磨损l冲蚀磨损（四）接触疲劳零零件件工工作作面面作作滚滚动动或或滚滚动动加加滑滑动动摩摩擦擦时时，在在交交变变接接触触压压应应力力的的长长期期作作用用下下引引起起的的表表面面疲劳剥落破坏的现象。疲劳剥落破坏的现象。特点l产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损，亦称疲劳磨损。l接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。防止措施防止措施提提高高材材料料硬硬度度；（以增加塑性变形的抗力，延缓裂纹形成和扩展）提高材料纯度；提
5、高材料纯度；（减少裂纹源）提提高高零零件件心心部部强强度度和和硬硬度度，增增加加硬硬化化层深度，细化硬化层组织；层深度，细化硬化层组织；减小表面粗糙度，以减小摩擦力。减小表面粗糙度，以减小摩擦力。小结磨损是机械零件常见的一种失效形式，总是从零件表面开始发生。各种磨损的过程和机理不同，因此其预防措施也不同。提高零件表面硬度，合理设计减小压应力，以及提高表面光洁度等对降低磨损都有利。第五节 零件的腐蚀失效材料表面和周围介质发生化学材料表面和周围介质发生化学反应或者电化学反应所引起的表面反应或者电化学反应所引起的表面损伤现象。损伤现象。l化学腐蚀化学腐蚀l电化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀过程中不产生腐蚀
6、电流，如金属在高温氧化性气氛中、在干燥空气中、在石油及酒精中的腐蚀都属于化学腐蚀。电化学腐蚀过程中会产生腐蚀电流，如金属在潮湿空气、海水、或电解质溶液中的腐蚀都是电化学腐蚀。l高温氧化腐蚀l电化学腐蚀l应力腐蚀一、高温氧化腐蚀除Au、Pt外，金属中在空气中都会发生氧化，高温会加速氧化过程。腐蚀会导致零件有效截面积减小，承载能力降低。在高温含氧气氛中工作的零件的抗高温氧化能力是一项重要指标。氧化过程（三个步骤）金属失去电子成为金属离子金属失去电子成为金属离子氧原子吸收电子成为氧离氧原子吸收电子成为氧离l金属离子和氧离子结合为金属氧化物金属离子和氧离子结合为金属氧化物氧化膜形成后，将金属基体与氧隔
7、开，金属要继续氧化必须：l金属离子及电子（由内向外）穿过氧化膜l氧原子或离子（由外向内）穿过氧化膜氧化膜层阻止原子、离子及电子穿过氧化膜的能力，决定了材料的抗氧化性能。Al2O3、Cr2O3、SiO2等氧化膜的熔点高，致密，阻力大；FeO、Cu2O等氧化膜的熔点低，疏松，阻力小；在钢中加入Al、Cr、Si等元素，因其与氧的亲和力比Fe大，故可优先形成氧化物，从而阻Fe的氧化。二、电化学腐蚀不不同同金金属属或或同同一一金金属属的的不不同同部部分分存存在在电极电位差；电极电位差；相互接触；相互接触；有电介质溶液。有电介质溶液。产生条件产生条件阳极：失去电子发生氧化反应阳极：失去电子发生氧化反应（被
8、腐蚀）（被腐蚀）电化学腐蚀的过程电化学腐蚀的过程阴极：得到电子发生还原反应阴极：得到电子发生还原反应MM n+ne析氢反应析氢反应（电解质中（电解质中H+高时）高时）吸氧反应吸氧反应（电解质中（电解质中O2高时）高时）腐蚀原电池腐蚀原电池(NH4)Cl碳棒锌外壳在锌壳上的阳极反应在碳棒上的阴极反应ZnZn2+2e2H+2e H2结结果果：Zn被离子化（腐蚀）。F基球墨铸铁在基球墨铸铁在HCl中的电化学腐蚀中的电化学腐蚀H2F基体的电极电位比G低，故为阳极，被腐蚀；而在阴极G上析出H2气体。HCl水溶液三、应力腐蚀（SCC）材料在应力和特定介质联合作用下产生的低应力脆性断裂。l应力低l介质的腐蚀
9、性小l特定介质特点常用金属材料发生应力腐蚀的敏感介质金属材料化学介质金属材料化学介质低碳钢和低合金钢NaOH、沸腾硝酸盐溶液，海水、海洋及工业气氛铝合金氯化物、海水及海洋大气、潮湿工业大气奥氏体不锈钢酸性和中性氯化物、熔融氯化物、海水钢合金氨蒸气、含氨气体、含胺离子水溶液镍基合金热 浓 NaOH、HF蒸气和溶液钛合金发 烟 硝 酸、300以上的氯化物，潮湿空气及海水18-8奥氏体不锈钢 Intergranular-SCC四、改善零件耐蚀性的措施改善零件耐蚀性的措施l对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择抗对于化学腐蚀，常采用以下方式：选择抗氧化材料如耐热钢、高温合金、陶瓷材料氧化材料如耐热钢、高温
10、合金、陶瓷材料等；零件表面涂层。等；零件表面涂层。l对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表面对于电化学腐蚀：选择耐腐蚀材料；表面涂层；电化学保护；加缓蚀剂涂层；电化学保护；加缓蚀剂第六节第六节 零件在高温下的零件在高温下的蠕变变形和断裂失效蠕变变形和断裂失效材料在高温下的力学行为材料在高温下的力学行为蠕变和蠕变曲线蠕变和蠕变曲线材料高温力学性能指标材料高温力学性能指标高温下零件的失效和防止高温下零件的失效和防止一、材料在高温下的力学行为一、材料在高温下的力学行为高温下材料的力学性能与常温下有很大不同20钢室温抗拉强度:410MPa450短时抗拉强度:330MPa450持续工作300h断裂应力230
11、MPa450持续工作1000h断裂应力120MPal材料的强度随温度的升高而降低材料的强度随温度的升高而降低l高温下材料的强度随时间的延长而降低高温下材料的强度随时间的延长而降低l高温下材料的变形量随时间的延长而增加高温下材料的变形量随时间的延长而增加二、蠕变和蠕变曲线二、蠕变和蠕变曲线材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑性变材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑性变形的现象称为。形的现象称为。蠕变蠕变产生蠕变的最低温度产生蠕变的最低温度l碳钢碳钢 300350l合金钢合金钢 350400l一般金属材料一般金属材料 0.30.4Tml陶瓷材料陶瓷材料 0.30.4Tm蠕变曲线蠕变曲线根根据据蠕蠕变变
12、速速率率的的变变化化可可将将蠕蠕变变曲曲线线分分为为三三个阶段个阶段I 减速蠕变阶段减速蠕变阶段II 恒速蠕变阶段恒速蠕变阶段III 加速蠕变阶段加速蠕变阶段l在应力较小或温度较低时，蠕变第II阶段持续时间长，无第III阶段，即不发生蠕变断裂；l在应力较大或温度较高时，蠕变第II阶段很短，甚至消失，即发生短时断裂。三、材料高温力学性能指标材料高温力学性能指标蠕变极限蠕变极限高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。表示方法表示方法1.在在规规定定温温度度下下使使试试样样产产生生规规定定稳稳态态蠕蠕变速率变速率的应力值的应力值600温度下，稳态蠕变速
13、度为110-5/h的蠕变极限为60MPa2.给给定定温温度度下下，在在规规定定时时间间内内使使试试样样产产生一定蠕变生一定蠕变总变形量总变形量的应力值的应力值500温度下，105h后总变形量为1的蠕变极限为100MPa材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。持久强度持久强度表示方法表示方法用用给给定定温温度度和和规规定定时时间间内内试试样样发发生生断断裂裂时时的应力表示的应力表示700温度下，经1000h的持久强度为300MPa四、高温下零件的失效和防止四、高温下零件的失效和防止过量塑性变形（蠕变变形）过量塑性变形（蠕变变形）断断裂裂（包包括括蠕蠕变变断断裂裂、冲冲击击载载荷荷及疲劳载荷下的断裂）及疲劳载荷下的断裂）磨损磨损氧化腐蚀氧化腐蚀 高温下零件的失效形式高温下零件的失效形式 正确选材；正确选材；选熔点高、组织稳定的材料选熔点高、组织稳定的材料 表面处理表面处理 表面镀硬铬、热喷涂铝和陶瓷等表面镀硬铬、热喷涂铝和陶瓷等防止措施防止措施习题与思考题1、3、4、5、9、12、13作业